DE60125099T2

DE60125099T2 - Verfahren zur Herstellung von Schäumen mit Mikrostruktur

Info

Publication number: DE60125099T2
Application number: DE60125099T
Authority: DE
Inventors: Iksoo Flemington Chun; Yufu Bridgewater Li; Mora C. Bridgewater Melican
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2021-06-23
Also published as: ATE347986T1; EP1166987A2; EP1166987B1; DE60125099D1; US6423252B1; ES2277897T3; EP1166987A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von biokompatiblen Schäumen mit einer mikrogemusterten Oberfläche, angeordnet auf und integral mit wenigstens einer Oberfläche des Schaumes.
Hintergrund der Erfindung
Offenzellige, poröse, biokompatible Schäume sind dafür erkannt worden, ein beträchtliches Potential zur Verwendung bei der Reparatur und Regeneration von Gewebe aufzuweisen. Frühe Anstrengungen in der Gewebereparatur fokussierten sich auf die Verwendung von amorphem biokompatiblem Schaum als poröse Pfropfen, um Hohlräume im Knochen zu füllen. Brekke et al. ( US 4,186,448 ) beschrieben die Verwendung von porösen Gewebepfropfen zusammengesetzt aus Polyhydroxysäurepolymeren, wie Polylactid, zur Heilung von Knochenhohlräumen. Mehrere Ansätze sind durchgeführt worden in der letzteren Vergangenheit, um Tissue Engineering-Gerüste (TE) unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren herzustellen. Beispielsweise US 5,522,895 (Mikos) und 5,514,378 (Mikos, et al.) unter Verwendung von bleichbaren Stoffen; US 5,755,792 (Brekke) und 5,133,755 (Brekke) unter Verwendung von Vakuumschäumungsmethoden; US 5,716,413 (Walter et al.) und 5,607,474 (Athanasiou et al.) unter Verwendung von ausgefällten Polymergelmassen; US 5,686,091 (Leong et al.) und 5,677,355 (Shalaby, et al.) unter Verwendung von Polymerschmelzen mit flüchtigen Verbindungen, die bei Temperaturen von größer als Raumtemperatur sublimieren; und US 5,770,193 (Vacanti et al.), 5,769,899 (Schwanz et al.) und 5,711,960 (Shikinami) unter Verwendung von faserartigen Gerüsten auf Textilbasis. Hinsch et al. (EPA 274,893) beschreibt einen porösen, offenzelligen Schaum aus Polyhydroxsäuren mit Porengrößen von etwa 10 bis etwa 200 μm für den Einwuchs von Blutgefäßen und Zellen. Der von Hinsch beschriebene Schaum könnte ebenfalls mit Fasern, Garnen, Geflechten, gestrickten Stoffen, Baumwollstoffen und dergleichen verstärkt sein.
Die obigen Methoden weisen Begrenzungen auf in bezug auf das Herstellen von porösen Gerüsten mit gesteuerten Oberflächentexturen. Die Gerüste sind glattwandig und mangeln an den Oberflächenmerkmalen, die die Anfügung von Zellen fördern, deren Proliferation und deren Differenzierung in Phenotypen, die für den spezifischen Gewebetyp geeignet sind.
Oberflächenmerkmale sind dafür bekannt, Zelladhäsion, -migration, -proliferation und -differenzierung zu beeinflussen. Die Adhäsion und Migration von Osteoblasten entlang von Oberflächenmerkmalen auf Implantaten ist intensiv von vielen Gruppen untersucht worden, einschließend Jack Ricci et al. (siehe Morphological Characteristics of Tendon Cells Cultured On Synthetic Fibers, J. Biomed. Mater. Res., J. Ricci et al., Band 18, Seiten 1073–87, 1984). Der Einfluß der Oberflächentopographie auf die Proliferation und Differenzierung von osteoblastartigen MG-63-Zellen ist in Surface Roughness Modulates the Local Production of Growth Factors and Cytokines by Osteoblast-like MG-63 Cells, J. Biomed Mater. Res., Kieswetter et al., Band 32, Seiten 55–63, 1996 und Effect of Titanium Surface Roughness on Proliferation, Differentiation, and Protein Synthesis of Human Osteoblast-line Cells (MG63), J. Biomed. Mater. Res., Martin et al., Band 29, Seiten 389–401, 1995, beschrieben worden.
Die ideale Implantatoberfläche ist eine, die Gewebeeinwuchs und -heilung fördert. Im Falle von Knochen spielen vier Oberflächeneigenschaften von Implantaten eine Rolle in der Anziehung von primitiven Mesenchymalstammzellen und ihrer Differenzierung in Osteoblasten an der Knochen-Implantat-Grenzfläche während des Heilungsverfahrens. Die vier Oberflächeneigenschaften sind Zusammensetzung, Oberflächenenergie, Topographie und Rauhigkeit. Dies wird weiter in Underlying Mechanisms at the Bone-biomaterial Interface, J. Cell. Biochem., Z. Schwartz et al., Band 56, Seiten 340–7, 1994, beschrieben. Eine weitere Untersuchung, die in An Evaluation of Variables Influencing Implant Fixation by Direct Bone Apposition, J. Biomed. Mater. Res., K. Thomas et al., Band 19, Seiten 875–901, 1985, beschrieben wurde, hat gezeigt, daß die Textur, definiert als eine Kombination aus Rauhigkeit und Topographie, eine größere Rolle in der Zellreaktion als das Implantatmaterial spielt.
Für texturierte Implantatoberflächen ist gezeigt worden, eine bessere Knochenfixierung als Implantate mit glatter Oberfläche herzustellen, siehe Removal Torques For Polished and Rough Titanium Implants, Int. J. Maxillofac. Impl. L. Carlsson et al., Band 3, Seiten 21–24, 1988, und The Influence of Various Titanium Surfaces on the Interface Shear Strength Between Implants and Bone, Clinical Implant Materials: Advances in Biomaterials, H.-J. Wilke et al., Band 9, Seiten 309–314, 1990. Eine Oberflächenmusterbildung ist gezeigt worden, um einen großen Einfluß auf das Zellverhalten zu haben, sowohl in Gewebekulturexperimenten (siehe Optimization of Surface Micromorphology for Enhanced Osteoblast Responses In Vitro, Int. J. Oral Maxillofac. Impl., K. Bowers et al., Band 7, Seiten 302–310, 1992) als auch in vivo (siehe Influence of Surface Characteristics on Bone Integration of Titanium Implants: A Histomorphometric Study in Miniatur Pigs, J. Biomed. Mater. Res., D. Buser et al., Band 25, Seiten 889–902, 1991). Zusätzlich ist der Effekt der Implantatoberflächentextur auf die erzeugte Art der extrazellulären Matrix (ECM) in Orientation of ECM Protein Deposition, Fibroblast Cytoskeleton, and Attachment Complex Components on Silicon Microgrooved Surfaces, J. Biomed. Mater. Res., E. Den Braber et al., Band 40, Seite 291, 1998 beschrieben worden.
Mehrere Mehrschrittverfahren zum Herstellen texturierter Oberflächen auf polymeren Schäumen sind bekannt. Shalaby und Roweton (U.S. 5,969,020, 5,899,804, 5,847,012, 5,677,355 und WO 9505083) beschreiben ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern von Poren auf Schaumoberflächen über die Extraktion eines flüchtigen Materials, um das Polymer zu schäumen. Ein weiterer Ansatz, um Schäume mit gemusterten Oberflächen herzustellen, wird von Griffith et al. (WO 9947922) vorgeschlagen.
Die Begrenzung der oben beschriebenen Methoden zur Bildung von Schäumen mit gemusterten Oberflächen ist, daß sie mehrere Verarbeitungsschritte erfordern. Da die Anzahl von Verarbeitungsschritten erhöht ist, ist die Möglichkeit der Abstoßung des Endprodukts erhöht, ebenso wie die Kosten des resultierenden Produkts.
Noch ein weiterer Ansatz zum Herstellen von Schäumen mit gemusterten Oberflächen wird von Vacanti et al. (WO 9640002) beschrieben. Hier werden mehrere feste Herstellungsverfahren mit freier Form (SFF) beschrieben. Beispiele von SFF-Verfahren schließen Stereolithographie (SLA), selektives Lasersintern (SLS), ballistische Teilchenherstellung (BPM), Verschmelzungsabscheidungsmodellgebung (FDM) und dreidimensionales Drucken (3DP) ein. Ein weiterer Ansatz, um poröse, polymere Strukturen mit Kanälen zu erzeugen, wird in A Polymer Foam Conduit Seeded with Schwann Cells Promotes Guided Peripheral Nerve Regeneration, Tissue Engineering, Hadlock et al., Band 6, Seiten 119–127, 2000, beschrieben.
Alle oben erwähnten Verfahren erfordern entweder einen zusätzlichen Schritt, um die texturierte Oberfläche über Ätzen, Mikrobearbeitung, Prägung, Bleichen, Rundrasierung oder Laserbohrung, herzustellen, oder weitere ähnliche Verfahren, oder sie sind sehr komplex und erfordern spezialisierte teure Ausrüstung.
Ferner sind die resultierenden gemusterten Oberflächen nicht vollständig in den Strukturen integriert und können Unterschiede in bezug auf den Abbau und die Gewebereaktion unter in vivo-Bedingungen unterworfen sein.
Die vorliegende Erfindung liefert ein einfaches, einstufiges Verfahren zum Herstellen von biokompatiblen Schäumen enthaltend ein Mikromuster, das angeordnet ist auf und integral ist mit wenigstens einer Oberfläche des Schaums. Die Struktur des Mikromusters liefert eine Organisation auf dem Mikrostrukturniveau und ein Templat, das eine zelluläre Invasion, Proliferation und Differenzierung erleichtert, wodurch schließlich eine Regeneration des funktionellen Gewebes resultiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum Herstellen eines Schaums, wobei das Verfahren umfaßt: Kontaktieren einer Polymerlösung mit einer Oberfläche einer Form, wobei die Lösung gelöst darin ein biokompatibles Polymer umfaßt, wobei die Form, angeordnet auf wenigstens einer Oberfläche derselben, eine dreidimensionale negative Konfiguration eines vorgegebenen Mikromusters umfaßt, das auf wenigstens einer Oberfläche des Schaums angeordnet werden und integral mit diesem sein soll, Lyophilisieren der Lösung, während sie mit der mikrogemusterten Oberfläche der Form in Kontakt ist, wodurch ein lyophilisierter Schaum mit Mikrostruktur bereitgestellt wird, und Entfernen des lyophilisierten Schaums mit Mikrostruktur aus der Form. Gemäß der Erfindung hergestellte Schäume umfassen ein vorgegebenes und ausgelegtes Mikromuster auf wenigstens einer Oberfläche, welches Muster effektiv ist, um Gewebereparatur, -einwuchs oder -regeneration zu erleichtern, oder effektiv ist, um eine Lieferung eines Proteins oder eines therapeutischen Agens bereitzustellen.
Die Gewebereaktion gegenüber Gerüsten mit solchen ausgelegten Oberflächen kann abhängig von der gewünschten Reaktion maßgeschneidert werden. Eine Änderung des Oberflächenmikromusters wird das Bioabsorptionsprofil ändern und wird eine unterschiedliche Mikroumgebung für Zelladhäsion und -migration bereitstellen, die beide vorteilhaft in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen sind.
Bevorzugte Strukturen mit Mikromuster sind insbesondere geeignet für die Regeneration von Gewebe zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Gewebearten. Für ein mehrzelluläres System könnte im einfachsten Fall eine erste Zellart auf einer Seite des Schaumgerüsts mit einem spezifischen, vorgegebenen Oberflächenmikromuster vorhanden sein, ausgelegt, um Einwuchs der Zelle zu erleichtern, während eine zweite Zellart auf der anderen Seite des Schaumgerüsts mit einem unterschiedlichen, vorgegebenen Mikromuster vorhanden sein könnte, ausgelegt, um Wachstum des zweiten Zelltyps zu erleichtern. Beispiele solcher Regeneration schließen ohne Begrenzung ein (a) Gefäßgewebe: mit Glattmuskel auf der Außenseite und Endothelialzellen auf der Innenseite, um Gefäßstrukturen zu regenerieren; und (b) osteochondrales Gewebe: durch Implantieren mit einem Oberflächenmikromuster, das Chondrozyten auf einer Oberfläche des Schaums anzieht, und einer unterschiedlichen Mikrostruktur, die Osteoblasten oder Präosteoblasten auf der gegenüberliegenden Oberfläche anzieht.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Form mit Mikromuster, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine vergrößerte Ansicht des texturierten Einsatzes für die in 1 gezeigte Form.
3 ist eine Aufsicht eines Schaumgerüsts mit einer zufälligen Anordnung von säulenförmigen Poren variierender Größe.
4 ist eine Aufsicht eines Schaumgerüsts gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Anordnung von regelmäßig angeordneten säulenförmigen Poren.
5 ist ein Mikrograph einer Aufsicht eines Schaumgerüsts mit säulenartigen Poren mit unterschiedlichen Querschnittsformen.
6 ist ein Mikrograph einer Aufsicht einer Schaumoberfläche, hergestellt aus einer Form mit einem regelmäßigen Muster von Vorsprüngen in der Form von pyramidalen Kegelstümpfen.
7 ist eine Aufsicht der Form, die verwendet wird, um den Schaum nach 4 herzustellen.
8 ist eine Seitenansicht der Form, die verwendet wird, um den Schaum nach 4 herzustellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es ist bevorzugt, daß im Tissue Engineering verwendete Schäume (d. h. Gewebereparatur, -einwuchs oder -regeneration) ein Mikromuster aufweisen, angeordnet auf und integral mit einer Oberfläche des Schaums, das eine Organisation auf dem mikrostrukturellen Niveau bereitstellt, das ein Templat liefert, das eine zelluläre Organisation und eine Regeneration von Gewebe erleichtert, das die anatomischen, biomechanischen und biochemischen Merkmale von normalem Gewebe aufweist. Diese Schäume mit Mikrostruktur können verwendet werden, um Gewebe zu reparieren, darin einzuwachsen oder zu regenerieren (einschließend Organe) bei Tieren, wie Haustieren, Primaten und Menschen. Die vorliegende Erfindung liefert Verfahren zum Herstellen eines porösen, biokompatiblen, bioabsorbierbaren, polymeren Schaums, der ein solches Mikromuster enthält, angeordnet auf und integral mit wenigstens einer Oberfläche des Schaums. Das bzw. die Mikromuster, das bzw. die auf der bzw. den Oberfläche(n) solcher Schäume anzuordnen ist bzw. sind oder integral mit diesen zu bilden ist bzw. sind, können ausgelegt werden, um mit einer spezifischen, vorgegebenen Anwendung durch Lyophilisierung des Schaums in einer Form passend zu sein, die eine dreidimensionale, negative Konfiguration des vorgegebenen und ausgelegten Mikromusters aufweist, angeordnet auf wenigstens einer der Wände, dem Fußboden oder dem Deckel der Form, die in Kontakt sein soll mit der Polymerlösung. Absorbierbare polymere Schaumgerüste mit solchen Oberflächenmerkmalen mit Mikromuster weisen klare Vorteile gegenüber Gerüsten mit glatten Oberflächen auf.
Die Oberflächenmerkmale mit Mikromuster solcher Schäume können gesteuert werden, um für eine vorgegebene und gewünschte Anwendung geeignet zu sein, durch Auswahl der geeigneten Formmuster, um eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften zu erhalten: (1) Poren von kontrollierter Größe, die Wege für zellulären Einwuchs und Nährstoffdiffusion bereitstellen, bevorzugt mit Porendurchmesser oder minimalem Querschnittsabstand im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, bevorzugt etwa 20 μm bis etwa 200 μm; (2) eine Vielzahl von Porenformen im Bereich von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt zu solchen mit sehr hohen Längenverhältnissen; (3) Gradient in der Porengröße oder der Form über eine Richtung der Oberflächentextur für ein bevorzugtes Zellkultivieren; (4) Oberflächenporen, die Kanäle werden, die entweder tief in oder vollständig durch den Schaum zur verbesserten Zellinvasion, Vaskularisierung und Nährstoffdiffusion laufen; und (5) oberflächengemusterte Schäume, co-lyophilisiert oder beschichtet mit pharmazeutisch aktiven Verbindungen, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf biologische Faktoren, wie RGD's, Wachstumsfaktoren (PDGF, TGF-β, VEGF, BMP, FGF, etc.) und dergleichen.
Eine Vielzahl von absorbierbaren Polymeren kann verwendet werden, um Schaumgerüste mit Mikromuster gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Beispiele von geeigneten, biokompatiblen, bioabsorbierbaren Polymeren, die verwendet werden könnten, schließen Polymere ein, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Polyestern, Poly(aminosäuren), Copoly(etherestern), Polyalkylenoxalaten, Polyamiden, Tyrosin abgeleiteten Polycarbonaten, Poly(iminocarbonaten), Polyorthoestern, Polyoxaestern, Polyamidoestern, Polyoxaestern enthaltend Amingruppen, Poly(anhydriden), Polyphosphazenen, Biomolekülen (d. h. Biopolymeren, wie Collagen, Elastin, bioabsorbierbare Stärken, etc.) und Mischungen derselben. Zu Zwecken dieser Erfindung schließen aliphatische Polyester ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Homopolymere und Copolymere von Lactid (welches Milchsäure, D-, L- und meso-Lactid einschließt), Glykolid (einschließend Glykolsäure), ε-Caprolacton, p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on), Alkylderivate von Trimethylencarbonat, δ-Valerolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, ε-Decalacton, Hydroxybutyrat (Wiederholungseinheiten), Hydroxyvalerat (Wiederholungseinheiten), 1,4-Dioxepan-2-on (einschließend sein Dimer 1,5,8,12-Tetraoxacyclotetradecan-7,14-dion), 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2-on, 2,5-Diketomorpholin, Pivalolacton, alpha,alpha-Diethylpropiolacton, Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 6,8-Dioxabicyclooctan-7-on und Polymermischungen derselben. Poly(iminocarbonat) für den Zweck dieser Erfindung schließt, wie beschrieben von Kemnitzer und Kohn im Handbook of Biodegradable Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen, Hardwood Academic Press, 1997, Seiten 251–272, ein. Copoly(etherester), für die Zwecke dieser Erfindung, schließen solche Copolyesterether ein, die im Journal of Biomaterials Research, Band 22, Seiten 993–1009, 1988 von Cohn und Younes, und in Polymer Preprints (ACS Division of Polymer Chemistry), Band 30(1), Seite 498, 1989, von Cohn, (z. B. PEO/PLA) beschrieben werden. Polyalkylenoxalate für den Zweck dieser Erfindung schließen solche ein, die in den US 4,208,511 ; 4,141,087; 4,130,639; 4,140,678; 4,105,034; und 4,205,399 (deren Inhalte hierin durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen sind) beschrieben werden. Polyphosphazene, co-, ter-, und höher geordnete, gemischte Monomere basierend auf Polymeren hergestellt aus L-Lactid, D,L-Lactid, Milchsäure, Glykolid, Glykolsäure, para-Dioxanon, Trimethylencarbonat und ε-Caprolacton, wie solche beschrieben von Allcock in The Encyclopedia of Polymer Science, Band 13, Seiten 31–41, Wiley Intersciences, John Wiley & Sons, 1988, und von Vandorpe, Schacht, Dejardin and Lemmouchi im Handbook of Biodegradable Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen, Hardwood Academic Press, 1997, Seiten 161–182. Polyanhydride aus Disäuren der Form HOOC-C₆H₄-O-(CH₂)_m-O-C₆H₄-COOH, wo m eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 8 ist, und Copolymere derselben mit aliphatischen alpha-omega-Disäuren von bis zu 12 Kohlenstoffen. Polyoxaester, Polyoxaamide und Polyoxaester enthaltend Amine und/oder Amidogruppen werden in einem oder mehreren der folgenden US 5,464,929 ; 5,595,751; 5,597,579; 5,607,687; 5,618,552; 5,620,698; 5,645,850; 5,648,088; 5,698,213; 5,700,583; und 5,859,150 (die Inhalte derselben sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen), beschrieben. Polyorthoester, wie solche, die von Heller im Handbook of Biodegradable Polymers, herausgegeben von Domb, Kost und Wisemen, Hardwood Academic Press, 1997, Seiten 99–118 (hierin durch Bezugnahme eingeschlossen) beschrieben werden.
Gegenwärtig sind aliphatische Polyester die bevorzugten absorbierbaren Polymere zum Herstellen von Schaumgerüsten gemäß der vorliegenden Erfindung. Aliphatische Polyester können Homopolymere, Copolymere (statistisch, Block, segmentiert, verjüngte (tappered) Blöcke, Pfropf, Triblock, etc.) mit einer linearen, verzweigten oder sternförmigen Struktur sein. Bevorzugt sind lineare Copolymere. Geeignete Monomere zum Herstellen von aliphatischen Homopolymeren und Copolymeren können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus, jedoch nicht begrenzt darauf, Milchsäure, Lactid, einschließend L-, D-, meso- und D,L-Mischungen), Glykolsäure, Glykolid, ε-Caprolacton, p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on) delta-Valerolacton, beta-Butyrolacton, epsilon-Decalacton, 2-5,-Diketomorpholin, Pivalolacton, alpha,alpha-Diethylpropiolacton, Ethylencarbonat, Ethylenoxalat, 3-Methyl-1,4-dioxan-2,5-dion, 3,3-Diethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, gamma-Butyrolacton, 1,4-Dioxepan-2-on, 1,5-Dioxepan-2-on, 6,6-Dimethyl-dioxepan-2-on, 6,8-Dioxabicyclooctan-7-on und Kombinationen derselben.
Elastomere Copolymere sind ebenfalls besonders geeignet in der vorliegenden Erfindung. Geeignete bioabsorbierbare biokompatible Elastomere schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf solche, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus elastomeren Copolymeren von ε-Caprolacton und Glykolid (bevorzugt mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu Glykolid von etwa 35:65 bis etwa 65:35, bevorzugter von 45:55 bis 35:65), elastomeren Copolymeren von ε-Caprolacton und Lactid, einschließend L-Lactid, D-Lactid und Mischungen derselben, oder Milchsäurecopolymere (bevorzugt mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu Lactid von etwa 35:65 bis etwa 65:35 und bevorzugter von 45:55 bis 30:70 oder von 95:5 bis 85:15), elastomeren Copolymeren von p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on) und Lactid einschließend L-Lactid, D-Lactid und Milchsäure (bevorzugt mit einem Molverhältnis von p-Dioxanon zu Lactid von etwa 40:60 bis etwa 60:40), elastomeren Copolymeren von ε-Caprolacton und p-Dioxanon (bevorzugt mit einem Molverhältnis von ε-Caprolacton zu p-Dioxanon von etwa 30:70 bis etwa 70:30), elastomeren Copolymeren von p-Dioxanon und Trimethylencarbonat (bevorzugt mit einem Molverhältnis von p-Dioxanon zu Trimethylencarbonat von etwa 30:70 bis etwa 70:30), elastomeren Copolymeren von Trimethylencarbonat und Glykolid (bevorzugt mit einem Molverhältnis von Trimethylencarbonat zu Glykolid von etwa 30:70 bis etwa 70:30), elastomerem Copolymer von Trimethylencarbonat und Lactid einschließend L-Lactid, D-Lactid, Mischungen derselben oder Milchsäurecopolymere (bevorzugt mit einem Molverhältnis von Trimethylencarbonat zu Lactid von etwa 30:70 bis etwa 70:30) und Mischungen derselben. Beispiele geeigneter bioabsorbierbarer Elastomere werden in den US 4,045,418 ; 4,057,537 und 5,468,253 beschrieben, deren Inhalte hierin vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Diese elastomeren Polymere werden eine inhärente Viskosität von etwa 1,2 dL/g bis etwa 4 dL/g, bevorzugt eine inhärente Viskosität von etwa 1,2 dL/g bis etwa 2 dL/g und am bevorzugtesten eine inhärente Viskosität von etwa 1,4 dL/g bis etwa 2 dL/g, bestimmt bei 25°C in einer Lösung von 0,1 g pro Deciliter (g/dL) an Polymer in Hexafluorisopropanol (HFIP), aufweisen.
Bevorzugt werden die Elastomere eine hohe prozentuale Dehnung und einen geringen Modul aufweisen, während sie eine gute Zugfestigkeit und gute Erholungseigenschaften besitzen. In den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird das Elastomer, aus dem die Schäume gebildet werden, eine prozentuale Dehnung von größer als etwa 200% und bevorzugt größer als etwa 500% zeigen. Ihre Eigenschaften, welche das Maß der Elastizität des bioabsorbieren Elastomers messen, werden erreicht, während eine Zugfestigkeit von größer als etwa 500 psi, bevorzugt größer als etwa 1.000 psi und eine Reißfestigkeit von größer als etwa 50 lbs/inch, bevorzugt größer als etwa 80 lbs/inch bewahrt werden.
Das Polymer oder Copolymer, das zum Bilden von Schaumgerüsten gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist zur Verwendung in der Geweberegeneration, hängt von mehreren Faktoren ab. Die chemische Zusammensetzung, die räumliche Verteilung der Bestandteile, das Molekulargewicht des Polymers und der Kristallinitätsgrad diktieren alle in einem gewissen Ausmaß das in-vitro- und in-vivo-Verhalten des Polymers.
Jedoch hängt die Auswahl der Polymere, um Gradientenschäume zur Geweberegeneration herzustellen, in großem Maße von den folgenden Faktoren ab (ist jedoch nicht darauf begrenzt): (a) Bioabsorptionskinetiken (oder Bio-Abbaukinetiken); (b) mechanische Leistung in-vivo; und (c) Zellreaktion auf das Material in bezug auf Zellanfügung, -proliferation und -migration und -differenzierung und (d) Biokompatibilität.
Die Fähigkeit des Materialsubstrats, in einer zeitgemäßen Weise in der Körperumgebung zu resorbieren, ist entscheidend. Jedoch können die Unterschiede in der Absorptionszeit unter in-vivo-Bedingungen ebenfalls die Basis zur Kombination von zwei unterschiedlichen Polymeren sein. Beispielsweise wird ein Copolymer aus 35:65 ε-Caprolacton und Glykolid (ein verhältnismäßig schnell absorbierendes Polymer) mit 40:60 ε-Caprolacton und (L)-Lactidcopolymer (ein verhältnismäßig langsam absorbierendes Polymer) vermischt, um einen Schaum zu bilden. Ein solcher Schaum könnte mehrere unterschiedliche physikalische Strukturen aufweisen, abhängig von der verwendeten Verarbeitungsmethode. Die zwei Bestandteile können entweder statistisch miteinander verbundene biokontinuierliche Phasen sein, oder die Bestandteile können einen Gradienten durch die Dicke aufweisen oder einen laminatartigen Verbund mit einer gut integrierten Grenzfläche zwischen den zwei Bestandteilsschichten aufweisen. Die Mikrostruktur dieser Schäume kann optimiert werden, um die gewünschten anatomischen Merkmale des Gewebes, das bearbeitet werden soll, zu regenerieren oder zu reparieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, Polymermischungen zu verwenden, um Strukturen zu bilden, die von einer Zusammensetzung zu einer anderen Zusammensetzung in einer gradientenartigen Architektur übergehen. Schäume mit dieser Gradientenarchitektur sind insbesondere vorteilhaft in Tissue Engineering Anwendungen, um die Struktur von natürlich vorkommendem Gewebe, wie Knorpel (Gelenk, Meniskus, Septum, Luftröhre, etc.) Esophagen, Haut, Knochen- und Gefäßgewebe, zu reparieren oder zu regenerieren. Beispielsweise kann durch Mischen eines Elastomers aus ε-Caprolacton-co-Glykolid mit ε-Caprolacton-co-Lactid (d. h. mit einem Molverhältnis von 5:95) ein Schaum hergestellt werden, der von einem weicheren schwammartigen Schaum zu einem steiferen, festeren Schaum ähnlich dem Übergang von Knorpel zu Knochen übergeht. Selbstverständlich können andere Polymermischungen verwendet werden für ähnliche Gradienteneffekte, oder um unterschiedliche Gradienten bereitzustellen, wie unterschiedliche Absorptionsprofile, Spannungsreaktionsprofile oder unterschiedliche Elastizitätsgrade. Zusätzlich können diese Schäume verwendet werden für Organreparaturaustausch- oder -regenerationsstrategien, die von diesen einzigartigen Gerüsten Nutzen ziehen können, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf Bandscheibe, Schädelgewebe, Dura, Nervengewebe, Leber, Pankreas, Niere, Blase, Milz, Herzmuskel Skelettmuskel, Sehnen, Bänder und Brustgewebe.
Diese elastomeren Polymere können geschäumt werden durch Lyophilisierung, überkritisches Lösungsmittelschäumen (d. h. wie es in EP 464,163 B1 beschrieben wird), Gasinjektionsextrusion, Gasinjektionsformen oder Gießen mit einem extrahierbaren Material (d. h. Salzen, Zucker oder irgendeinem anderen Mittel, das Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist).
Die Schaumgerüste mit Mikrostruktur der vorliegenden Erfindung können durch ein Polymer-Lösungsmittel-Phasentrennverfahren hergestellt werden. Im allgemeinen kann eine Polymerlösung in zwei Phasen durch eine der vier Methoden getrennt werden: (a) thermisch induzierte Gelierung/Kristallisation; (b) Nicht-Lösungsmittel induzierte Trennung von Lösungsmittel- und Polymerphasen; (c) chemisch induzierte Phasenseparation, und (d) thermisch induzierte Spinodalzersetzung. Die Polymerlösung wird in einer kontrollierten Weise in entweder zwei getrennte Phasen oder zwei bikontinuierliche Phasen getrennt. Ein anschließendes Entfernen der Lösungsmittelphase beläßt gewöhnlicherweise eine poröse Struktur mit einer Dichte, die kleiner ist als diejenige des Massenpolymers, und mit Poren im Mikrometerbereich, siehe Microcellular Foams Via Phase Separation, J. Vac. Sci, Technolol., A. T. Young, Band 4(3), Mai/Juni 1986. Die in der Herstellung dieser Schäume involvierten Schritte schließen ein Auswählen der richtigen Lösungsmittel für die zu lyophilisierenden Polymere und ein Herstellen einer homogenen Lösung ein. Als nächstes wird die Polymerlösung einem Gefrier- und Vakuumtrocknungszyklus unterzogen. Die Gefrierschrittphase trennt die Polymerlösung und der Vakuumtrocknungsschritt entfernt das Lösungsmittel durch Sublimation und/oder Trocknung, was eine poröse Polymerstruktur oder einen verbundenen, offenzelligen, porösen Schaum zurückläßt.
Geeignete Lösungsmittel für bevorzugte absorbierbare aliphatische Polyester schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Lösungsmittel, die ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Ethylformat, Essigsäure, Hexafluorisopropanol (HFIP), cyclischen Ethern (d. h. THF, DMF und PDO), Aceton, Acetaten von C2- bis C5-Alkohol (wie Ethylacetat und t-Butylacetat), Glyme (d. h. Monoglyme, Ethylglyme, Diglyme, Ethyldiglyme, Triglyme, Butyldiglyme und Tetraglyme), Methylethylketon, Dipropylenglykolmethylether, Lactonen (wie γ-Valerolacton, δ-Valerolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton), 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, 1,3-Dioxolan-2-on (Ethylencarbonat), Dimethylcarbonat, Benzol, Toluol, Benzylalkohol, p-Xylol, Naphthalen, Tetrahydrofuran, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Chloroform, 1,2-Dichlormethan, Morpholin, Dimethylsulfoxid, Hexafluoracetonsesquihydrat (HFAS), Anisol und Mischungen derselben. Unter diesen Lösungsmitteln ist das bevorzugte Lösungsmittel 1,4-Dioxan. Eine homogene Lösung des Polymers in dem Lösungsmittel wird unter Verwendung von Standardverfahren hergestellt.
Die anwendbare Polymerkonzentration oder Menge an Lösungsmittel, die eingesetzt werden kann, wird mit jedem System variieren. Als eine allgemeine Regel kann die Menge an Polymer in der Lösung von etwa 0,5% bis etwa 90% und bevorzugt von etwa 0,5% bis etwa 30 Gew.-%, abhängig zu einem großen Ausmaß von der Löslichkeit des Polymers in einem gegebenen Lösungsmittel und den Endeigenschaften des gewünschten Schaums, variieren.
Zusätzlich können Feststoffe zu dem Polymer-Lösungsmittel-System zugegeben werden. Einer der Zwecke der zugegebenen Teilchen könnte daran liegen, die Zusammensetzung der resultierenden Schaumoberflächen zu modifizieren. Wenn sich die Teilchen aus der Lösung an der Bodenfläche absetzen, werden Bereiche erzeugt, welche die Zusammensetzung der zugegebenen Feststoffe aufweisen werden, nicht diejenige des geschäumten polymeren Materials. In einer weiteren Ausführungsform können die zugegebenen Feststoffe stärker konzentriert nahe der Oberseite, den Seiten oder dem Boden des Schaums mit Mikromuster sein, was Zusammensetzungsänderungen an all diesen Oberflächen bewirkt. Ein Beispiel wäre, wenn die zugegebenen Feststoffe metallisch wären und die Form aus magnetischem Material hergestellt wäre, oder umgekehrt. Die zu dem Polymer-Lösungsmittel-System zugegebenen Feststoffe werden bevorzugt nicht mit dem Polymer oder dem Lösungsmittel reagieren. Feststoffe, wie Bariumsulfatteilchen, können ebenfalls als Markierungsmittel zugegeben werden, um die Konstrukte strahlenundurchlässig zu machen. Geeignete Feststoffe schließen Materialien ein, die Geweberegeneration oder -neuwuchs fördern, Puffer, Verstärkungsmaterialien oder Porositätsmodifizierungsmittel. Geeignete Feststoffe schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Teilchen aus demineralisiertem Knochen, Calciumphosphatteilchen, Bioglasteilchen oder Calciumcarbonatteilchen zur Knochenreparatur, bleichbare Feststoffe zur Porenerzeugung und Teilchen von bioabsorbierbaren Polymeren, die in dem Lösungsmittelsystem nicht löslich sind, zum Verstärken, oder um Poren zu erzeugen, wenn sie absorbiert werden. Geeignete bleichbare Feststoffe schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf nicht-toxische bleichbare Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Salzen (d. h. Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Natriumtartrat, Natriumcitrat und dergleichen), biokompatiblen Mono- und Disacchariden (d. h. Glucose, Fruktose, Dextrose, Maltose, Lactose und Sucrose), Polysacchariden (d. h. Stärke, Alginat, Chitosan), wasserlöslichen Proteinen (d. h. Gelatine und Agarose). Zusätzlich können nicht-bioabsorbierbare Materialien zugegeben werden, wie biokompatible Metalle, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf rostfreien Stahl, Kobaltchrom, Titan und Titanlegierungen, oder bioinerte keramische Teilchen, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf Aluminiumoxid-, Zirkoniumoxid- und Calciumphosphatteilchen, oder Teilchen von nicht-bioabsorbierbaren Polymeren, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf Polyethylen, PVA, PMMA, Silikon, PEO, PEG und Polyurethane, oder natürliche Biopolymere, einschließend, jedoch nicht begrenzt auf Zellulose(Holz)-Teilchen, Chitin, Keratin, Seide oder Kollagenteilchen. Im allgemeinen werden all diese Materialien einen durchschnittlichen Durchmesser von kleiner als etwa 1,0 mm aufweisen und werden bevorzugt einen durchschnittlichen Durchmesser von 50 bis etwa 500 μm aufweisen. Die Teilchen werden im allgemeinen etwa 1 bis etwa 50 Vol.-% des Gesamtvolumens der Teilchen und der Polymer-Lösungsmittel-Mischung ausmachen (wobei der gesamte Vol.-%-Anteil 100 Vol.-% ausmacht). Die bleichbaren Materialien können durch Eintauchen des Schaums mit dem bleichbaren Material in einem Lösungsmittel entfernt werden, in welchem das Teilchen für eine ausreichende Zeitdauer löslich ist, um ein Ausbleichen von im wesentlichen allen Teilchen zu erlauben, welches jedoch nicht den Schaum auflöst oder nachteilig verändert. Das bevorzugte Extraktionslösungsmittel ist Wasser, am bevorzugtesten destilliertes, deionisiertes Wasser. Dieses Verfahren wird in der US 5,514,378 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist (siehe Spalte 6). Bevorzugt wird der Schaum nach Beendigung des Bleichverfahrens bei niedriger Temperatur und/oder in Vakuum getrocknet, um eine Hydrolyse des Schaums zu minimieren, sofern nicht eine beschleunigte Absorption des Schaums gewünscht ist.
Nachdem die Polymer-Lösungsmittel-Mischung gebildet ist, wird die Mischung dann verfestigt. Für ein spezifisches Polymer-Lösungsmittel-System können der Verfestigungspunkt, die Schmelztemperatur und der scheinbare Glasübergang des Polymer-Lösungsmittel-Systems unter Verwendung von Standardmethoden der Differentialscanningkalometrie (DSC) bestimmt werden. In der Theorie, jedoch in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung begrenzend, wird angenommen, daß, wenn ein Polymer-Lösungsmittel-System abgekühlt wird, eine anfängliche Verfestigung bei etwa oder unterhalb dem Gefrierpunkt des Lösungsmittels auftritt. Dies entspricht dem Gefrieren eines beträchtlichen Teils des Lösungsmittels im System. Das anfängliche Gefrieren erscheint als ein erster exothermer Peak. Ein zweiter Gefrierpunkt tritt auf, wenn das verbleibende Lösungsmittel, das mit dem Polymer assoziiert ist, sich verfestigt. Der zweite Gefrierpunkt wird durch einen zweiten exothermen Peak markiert. Der offensichtliche Tg ist die Temperatur, bei der das vollständig gefrorene System die erste endotherme Verschiebung beim Wiederaufwärmen zeigt.
Ein wichtiger, zu steuernder Parameter ist die Geschwindigkeit des Gefrierens des Polymer-Lösungsmittel-Systems. Die Art der Porenmorphologie, die während des Gefrierschritts eingeschlossen wird, ist eine Funktion der Lösungsthermodynamiken, der Gefriergeschwindigkeit, der Temperatur, auf die abgekühlt wird, der Konzentration der Lösung, homogener oder heterogener Keimbildung, etc. Eine detaillierte Beschreibung dieser Phasenseparations phänomene kann in den hier bereitgestellten Verweisen gefunden werden (siehe Microcellular Foams Via Phase Separation, A. T. Young, J. Vac. Sci. Technol., Band A 43, May/Juni 1986; und Thermodynamics of Formation of Porous Poymeric Membrane from Solutions, S. Matsuda, Polymer, J., Band 23, Nr. 5, S. 435–444, 1991.
Schaumgerüste der vorliegenden Erfindung werden hergestellt durch Injizieren, Gießen oder anderweitiges Anordnen der Polymerlösung in Kontakt mit einer Gießform mit Mikromuster und Abkühlen der Form in einem geeigneten Bad oder einem Gefrierregal, so daß der Schaum lyophilisiert wird, wodurch ein lyophilisierter Schaum mit Mikrostruktur bereitgestellt wird. Mit Mikromusterung ist gemeint, daß die Form auf wenigstens einer Oberfläche derselben, die in Kontakt mit der Polymerlösung anzuordnen ist, eine dreidimensionale Negativkonfiguration eines vorgegebenen und ausgelegten Mikromusters, das auf wenigstens einer Oberfläche des Schaumgerüsts anzuordnen ist und mit diesem integral sein soll, umfaßt. Das vorgegebene Design wird abhängen von der tatsächlich beabsichtigten Verwendung des Schaums.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Form 10, umfassend eine Basis 20, Seitenwände 30 und eine Oberfläche 40 der Basis 20. Musterbildungsstreifen 52, 54, 56 und 58 werden parallel auf der Oberfläche 40 angeordnet. Obwohl eine parallele Ausrichtung der vier Musterbildungsstreifen 52, 54, 56 und 58 in 1 gezeigt ist, kann irgendeine Anzahl von Streifen und ebenfalls irgend eine gewünschte Ausrichtung vorgesehen sein.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts einer Form 10. Musterbildungsstreifen 54 ist auf der Oberfläche 40 der Basis 20 gezeigt. Musterbildungsstifte 60 stehen aus der Oberfläche der Musterbildungsstreifen 54 hervor, wodurch eine dreidimensionale Negativkonfiguration des vorgegebenen und ausgelegten Mikromusters, das auf einer Oberfläche des Schaums anzuordnen ist und mit diesem integral sein soll, bereitgestellt wird. Obwohl Musterbildungsstifte 60 in 2 mit einem kreisförmigen Querschnitt gezeigt sind und in einer regelmäßigen Anordnung angeordnet sind, werden tatsächliche vorgegebene und gewünschte Musterbildungsstiftquerschnitte und Ausrichtungsanordnungen abhängen von der bestimmten Verwendung und der erforderten Leistung des resultierenden Schaumgerüsts mit Mikromuster. In 3 umfaßt Schaum 30 unregelmäßig beabstandete säulenartige Poren 32 von variierendem Durchmesser oder minimalem Querschnittsabstand.
In 4 umfaßt Schaum 40 eine Anordnung von regelmäßig beabstandeten, säulenartigen Poren 42. Mit 7 umfaßt Form 70, die verwendet wird, um Schaum 40 in 4 herzustellen, Oberfläche 72 einer Anordnung von regelmäßig beabstandeten Vorsprüngen 74, die kollektiv eine dreidimensionale Negativkonfiguration des Mikromusters des Schaums 40 in 4 umfassen. 8 zeigt eine Seitenansicht von Form 70 mit Vorsprüngen 74.
Irgendein Material, das leicht in die benötigte Auflösung zu verarbeiten ist, und das sich nicht in dem Lösungsmittel lösen wird, kann verwendet werden, um eine Form mit Mikromuster für dieses Verfahren herzustellen. Dies schließt nicht nur Metalle ein, sondern ebenfalls Keramiken und einige Polymere. Für die Form geeignete Metalle schließen ohne Begrenzung Aluminium, rostfreien Stahl und andere Metallegierungen ein. Keramische Materialien schließen ohne Begrenzung Alumiumoxid, Zirkoniumoxid und Siliziumoxid ein. Das bevorzugte Metall ist Aluminium, während Aluminiumoxid und Silikon die bevorzugte Keramik bzw. das bevorzugte Polymer sind. Diese Materialien wurden aufgrund ihrer geringen Kosten, Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion in Lösungsmitteln und Einfachheit der Verarbeitbarkeit ausgewählt.
Formen dieses Typs können hergestellt werden durch eine Vielzahl von Mikroformungs- oder Mikroverarbeitungsmethoden, die bekannt sind, einschließend Spritzguß, Laserbohren, Laserschneiden, Sputterverarbeitung unter Verwendung von Ionen- oder Elektronenstrahlmahlen, YAG-Laserschneiden und elektrisches Entladungsbearbeiten, das ansonsten als das „EDM"-Verfahren bekannt ist. Das bevorzugte Verfahren ist, Elektroentladungsverarbeitung zu verwenden, ein übliches Mikroverarbeitungsverfahren, bei dem eine kleine Elektrode auf dem Substrat entlädt, wodurch das Substrat mit der Form der Elektrode, wie sie sich entlädt, geätzt wird. Dies Verfahren ist kostengünstig, genau und reproduzierbar. Das Verfahren bietet sich für eine große Vielzahl von Materialien und Geometrien an.
Alternativ kann die Polymerlösung durch einen Atomisierer atomisiert und auf eine kaltgemusterte Oberfläche gesprüht werden, d. h. eine Form bewirkend eine Verfestigung des Sprays Schicht für Schicht. Die kalte Oberfläche kann eine medizinische Vorrichtung oder ein Teil derselben oder ein Film sein. Die Form des verfestigten Sprays wird ähnlich sein zu der Form der Oberfläche, auf die es aufgesprüht worden ist. Alternativ kann die Mischung nach Verfestigung in Form geschnitten oder gebildet werden, während sie gefroren ist. Unter Verwendung dieser und weiterer Verfahren können die Schäume hergestellt oder geformt werden in einer Vielzahl von Formen und Größen (d. h. röhrenförmige Formen, verzweigte röhrenförmige Formen, kugelförmige Formen, halbkugelförmige Formen, dreidimensionale polygonale Formen, ellipsoidale Formen (d. h. nierenförmig), Ringformen, konische Formen, Kegelstumpfformen, pyramidale Formen, sowohl als feste als auch hohle Konstrukte und Kombinationen derselben).
Alternativ ist ein weiteres Verfahren, um geformte geschäumte Teile mit Oberflächen mit Mikrostruktur herzustellen, einen kalten Finger zu verwenden (ein Metallteil mit Mikromuster, dessen Oberfläche das Innere des herzustellenden Schaums darstellt). Der kalte Finger wird in eine Lösung des Polymers in einem geeigneten Lösungsmittel eingetaucht und entfernt. Dies ist wie ein Eintauchen eines Eiscremestiels in warme Schokolade, die zu einer harten, kalten Haut gefriert, oder Eintauchen einer Form in einen Latex aus Kautschuk, um Handschuhe oder Kondome zu bilden. Die Dicke und Morphologie des erzeugten Schaums sind eine Funktion der Temperatur, der Verweilzeit und der Rückzugsgeschwindigkeit des kalten Fingers in der Mischung. Eine längere Verweilzeit, ein kälterer Finger und ein langsameres Rückziehen werden eine dickere Beschichtung erzeugen. Nach dem Zurückziehen wird der kalte Finger auf einer Fixierung einer großen thermischen Masse angeordnet, die in Kontakt ist mit dem Gefriertablett des Lyophilisators. Von diesem Punkt sind die Primär- und Sekundärtrocknungsverfahren wie oben beschrieben. Dieses Verfahren ist insbesondere gut geeignet, um Röhren, verzweigte röhrenartige Strukturen oder Hülsen herzustellen, die geformt werden können, um für Vorrichtungen oder Teile einer Tieranatomie (zur Reparatur, Regeneration oder Vermehrung von Gewebe) passend zu sein.
Zusätzlich kann die Polymerlösung mit verschiedenen Einsätzen verfestigt werden, die mit der Lösung integriert sind, wie Filme, Baumwollstoffe, Webstoffe, Vliesstoffe, gestrickte oder geflochtene textile Strukturen. Zusätzlich kann die Lösung hergestellt werden in Verbindung mit einer weiteren Struktur, wie einem orthopädischem Implantat (z. B. Schrauben, Stifte, Nägel und Platten) oder vaskulärem oder verzweigtem röhrenförmigen Konstrukt (als ein Gerüst für ein vaskularisiertes oder geführtes Organ). Diese Einsätze werden aus wenigstens einem biokompatiblen Material hergestellt sein und können nicht-absorbierbar, absorbierbar oder eine Kombination derselben sein.
Die Polymerlösung in einer Form mit Mikrostruktur unterliegt einem gerichteten Kühlen durch die Wand der Form, die in Kontakt mit dem Gefriertrocknerregal ist, das einem thermischen Zyklus unterzogen wird. Die Form und ihre Oberfläche können aus praktisch jedem Material hergestellt werden, das nicht mit dem Polymer-Lösungsmittel-System wechselwirkt, obwohl es bevorzugt ist, ein hochleitfähiges Material zu haben. Die Wärmetransferfront bewegt sich aufwärts von dem Lyophilisatorregal durch die Formwand in die Polymerlösung. Wenn die Temperatur der Mischung unter den Gelier- und/oder Gefrierpunkt kommt, wird die Mischung ebenfalls phasengetrennt.
Die Morphologie dieses phasengetrennten Systems wird an Ort und Stelle während des Gefrierschritts des Lyophilisierungsverfahrens eingeschlossen, und die Erzeugung der offenen Poren wird beim Beginn des Vakuumtrocknens initiiert, was in der Sublimation des Lösungsmittels resultiert. Jedoch wird die Mischung im Behälter oder der Form, der bzw. die gekühlt wird von einer Wärmesenke, sich vor dem vollständigen Gefrieren verfestigen. Obwohl die Mischung fest erscheinen kann, erscheint es anfänglich etwas restliches Lösungsmittel verbunden mit dem Polymer zu geben, das nicht kristallisiert ist. Es wird angenommen, was jedoch in keiner Weise die vorliegende Erfindung begrenzt, daß eine Gefrierfront sich durch die Mischung von der Wärmesenkung bewegt, um die Verfestigung zu vervollständigen, nachdem die Mischung sich anscheinend verfestigt hat. Das Material vor der Gefrierfront wird zu einer gegebenen Zeit nicht so kalt sein wie das Material hinter der Front und wird nicht in einem vollständig gefrorenen Zustand sein.
Der Verfahrenszyklus zum Herstellen von biokompatiblen Schäumen wird beträchtlich reduziert durch Durchführen des Sublimationsschritts oberhalb der Glasübergangstemperatur und unterhalb der Verfestigungstemperatur der Mischung (bevorzugt gerade unterhalb der Verfestigungstemperatur). Die kombinierte Zykluszeit aus (Gefrieren + Primärtrocknen + Sekundärtrocknen) ist viel schneller als im Stand der Technik beschrieben. Beispielsweise ist der kombinierte Zyklus für aliphatische Polyester unter Verwendung von flüchtigen Lösungsmitteln im allgemeinen kürzer als 72 Stunden, bevorzugt kürzer als 48 Stunden, bevorzugter kürzer als 24 Stunden und am bevorzugtesten kürzer als 10 Stunden. Tatsächlich kann der kombinierte Zyklus mit einigen aliphatischen Polyestern in weniger als 3 Stunden für Schäume für eine Dicke von 1 mm oder weniger; weniger als 6 Stunden für Schäume mit einer Dicke von etwa 2 mm und weniger als 9 Stunden für Schäume mit einer Dicke von etwa 3 mm durchgeführt werden. Man vergleiche dies mit dem Stand der Technik, wo typischerweise 72 Stunden oder mehr benötigt werden. Die restlichen Lösungsmittelkonzentrationen in diesen Schäumen, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, werden sehr gering sein. Wie für aliphatische Polyesterschäume hergestellt unter Verwendung von 1,4-Dioxan als ein Lösungsmittel beschrieben, war die Restkonzentration an 1,4-Dioxan kleiner als 10 ppm (parts per million), bevorzugter weniger als 1 ppm und am bevorzugtesten weniger als 100 ppb (parts per billion).
Verschiedene Proteine (einschließend kurzkettige Peptide), Wachstumsagentien, chemotaktische Agentien und therapeutische Agentien (Antibiotika, Analgetika, entzündungshemmende Mittel, Antiabstoßungs- z. B. Immunosuppressiva) und Antikrebsarzneimittel) oder keramische Teilchen können zu den Schäumen während des Verarbeitens zugegeben werden, absorbiert auf der Oberfläche oder nachträglich eingefüllt in die Schäume, nachdem die Schäume gebildet sind. Beispielsweise können die Poren des Schaums teilweise oder vollständig mit biokompatiblen, resorbierbaren, synthetischen Polymeren oder Biopolymeren (wie Collagen oder Elastin) oder biokompatiblen keramischen Materialien (wie Hydroxyapatit) und Kombinationen derselben gefüllt werden (die Materialien enthalten können oder nicht, die Gewebewachstum durch die Vorrichtung fördern). Geeignete Materialien schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Autotransplantat-, Homotransplantat- oder Xenotransplantatknochen, Knochenmark, morphogene Proteine (BMP's), Epidermalwachstumsfaktor (EGF), Fibroblastwachstumsfaktor (FGF), von Blutplättchen abgeleiteten Wachstumsfaktor (PDGF), insulinabgeleiteter Wachstumsfaktor (IGF-I und IGF-II), transformierende Wachstumsfaktoren (TGF-β), Vaskularendothelialwachstumsfaktor (VEGF) oder andere osteoinduktive oder osteokonduktive Materialien, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Biopolymere könnten ebenfalls als konduktive oder chemotaktische Materialien verwendet werden, oder als Lieferbindemittel für Wachstumsfaktoren. Beispiele könnten rekombinantes oder vom Tier abgeleitetes Collagen oder Elastin oder Hyaluronsäure sein. Bioaktive Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen könnten ebenfalls an die Oberfläche der Materialien angefügt werden. Beispielsweise könnten bioaktive Peptidsequenzen (RGD's) angefügt werden, um Proteinabsorption und eine anschließende Zellgewebeanfügung zu erleichtern. Therapeutische Agentien können ebenfalls mit diesen Schäumen geliefert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Polymere und Mischungen, die zum Bilden des Schaumes verwendet werden, therapeutische Agentien enthalten. Um diese Schäume zu bilden, würde das zuvor beschriebene Polymer mit einem therapeutischen Agens vor dem Bilden des Schaums vermischt oder in den Schaum eingeladen werden, nachdem er gebildet worden ist. Die Vielzahl an unterschiedlichen therapeutischen Agentien, die in Verbindung mit den Schäumen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist riesig. Im allgemeinen schließen therapeutische Agentien, die über die pharmazeutischen Zusammensetzungen der Erfindung verabreicht werden können, ohne Begrenzung ein: Antiinfektiva, wie Antibiotika und Antivierenmittel; chemotherapeutische Mittel (d. h. Antikrebsmittel); Antiabstoßungsmittel; Analgetika und analgetische Kombinationen; entzündungshemmende Mittel; Hormone, wie Steroide; Wachstumsfaktoren (knochenmorphogene Proteine (d. h. BMP's 1–7), knochenmorphogenartige Proteine (d. h. GFD-5, GFD-7 und GFD-8) Epidermalwachstumsfaktor (EGF), Fibroblastwachstumsfaktor (d. h. FGF 1–9), von Blutplättchen abgeleiteter Wachstumsfaktor (PDGF), insulinartiger Wachstumsfaktor (IGF-I und IGF-II), transformierende Wachstumsfaktoren (d. h. TGF-β I–III), Vaskularendothelialwachstumsfaktor (VEGF)); und andere natürlich abgeleitete oder genetisch erzeugte Proteine, Polysaccharide, Glykoproteine oder Lipoproteine. Diese Wachstumsfaktoren werden in The Cellular and Molecular Basis of Bone Formation and Repair von Vicki Rosen und R. Scoot Thies, veröffentlicht von R. G. Landes Company, beschrieben, was hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Schäume mit Mikromuster enthaltend bioaktive Materialien können durch Mischen eines oder mehrerer therapeutischer Agentien mit dem verwendeten Polymer, um den Schaum herzustellen, oder mit dem Lösungsmittel oder mit der Polymer-Lösungsmittel-Mischung zubereitet und geschäumt werden. Alternativ könnte ein therapeutisches Agens auf dem Schaum bevorzugt mit einem pharmazeutisch annehmbaren Träger beschichtet werden. Jeder pharmazeutische Träger kann verwendet werden, der den Schaum nicht löst. Die therapeutischen Agentien können als eine Flüssigkeit, als ein feinverteilter Feststoff oder irgendeine andere geeignete physikalische Form vorliegen. Typischerweise, jedoch optional, wird die Matrix ein oder mehrere Additive einschließen, wie Verdünnungsmittel, Träger, Füllstoffe, Stabilisatoren oder dergleichen.
Die Menge an therapeutischem Agens wird abhängen von dem bestimmten Arzneimittel, das eingesetzt wird, und dem zu behandelnden medizinischen Zustand. Typischerweise stellt die Menge an Arzneimittel etwa 0,001 bis etwa 70, typischer etwa 0,001 bis etwa 50, am typischsten etwa 0,001 bis etwa 20 Gew.-% der Matrix dar. Die Quantität und die Art des integrierten Polymers in die Arzneimittelliefermatrix wird variieren abhängig von dem gewünschten Freisetzungsprofil und der eingesetzten Menge an Arzneimittel.
Bei Kontakt mit Körperfluiden wird das Arzneimittel freigegeben. Die Oberfläche mit Mikrostruktur, spezifischerweise die Fläche der Oberflächenporen und ebenso die prozentuale Porosität der Oberfläche, werden den Oberflächenbereich des Schaums bestimmen und können geändert werden, um die Geschwindigkeit der Arzneimittelfreisetzung zu verändern. Wenn das Arzneimittel in den Schaum integriert ist, wird dann das Arzneimittel freigegeben, wenn der Schaum einem allmählichen Abbau unterliegt (hauptsächlich durch Hydrolyse). Die Freisetzungsgeschwindigkeit des Arzneimittels wird teilweise abhängen von der Löslichkeit des Arzneimittels in Wasser. Die bevorzugte mikrogemusterte Schaumlieferträgersubstanz würde eine größere Porengröße und eine geringere Porosität aufweisen, wenn eine ausgedehnte Arzneimittelfreisetzung gewünscht ist. Auf der anderen Seite würde die bevorzugte, mikrogemusterte Schaumlieferträgersubstanz eine kleinere Porengröße und eine höhere Porosität aufweisen, wenn eine schnelle Arzneimittelfreisetzung gewünscht ist. Bevorzugte Porenflächen werden im Bereich von weniger als 1 μm² bis 2.000 μm² sein. Die bevorzugte prozentuale Porosität wird im Bereich von 10 bis 97% liegen. Dies kann in einer verlängerten Lieferung (über beispielsweise 1 bis 5.000 Stunden, bevorzugt 2 bis 800 Stunden) von effektiven Mengen (beispielsweise 0,0001 mg/kg/Stunde bis 10 mg/kg/Stunde) des Arzneimittels resultieren. Diese Dosierungsform kann verabreicht werden, wie sie notwendig ist, abhängig von dem zu behandelnden Subjekt, der Schwere der Krankheit, der Beurteilung des verschreibenden Arztes und dergleichen. Folgend dieser oder ähnlichen Verfahrensweisen werden Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein, eine Vielzahl von Zubereitungen herzustellen.
Der Schaum mit Mikrostruktur kann ebenfalls als ein Gerüst für die Erzeugung von Gewebe dienen. Die Oberflächenstruktur mit Mikromuster würde förderlich für das Wachstum von Zellen sein. Wie in vorangegangenen Patenten (Vacanti, U.S. 5,770,417) umrissen, können Zellen von einem Patienten (vor oder während einer Operation, um das Gewebe zu reparieren) geerntet werden, und die Zellen können unter sterilen Bedingungen bearbeitet werden, um einen spezifischen Zelltyp (d. h. pluripotente Zellen, Stammzellen oder Vorstufenzellen, wie die Mesenchymalstammzellen, beschrieben in Caplan, US 5,486,359 , etc.) bereitzustellen. Geeignete Zellen, die mit den Schaumgerüsten in Kontakt gebracht werden können oder eingesäht werden, schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Myocyten, Adipocyten, Fibromyoblasten, Ectodermalzelle, Muskelzellen, Osteoblast (d. h. Knochenzellen), Chondrozyt (d. h. Knorpelzellen), Endothelialzellen, Fibroblasten, Pankreaszellen, Hepatocyt, Gallengangzellen, Knochenmarkszellen, Nervenzellen, Urogenitalzellen (einschließend nephritische Zellen) und Kombinationen derselben. Verschiedene zelluläre Strategien könnten mit diesen Gerüsten verwendet werden (d. h. autogene, allogene, xenogene Zellen, etc.). Die Zellen können ebenfalls eingesetztes DNA kodierend ein Protein enthalten, was die Anfügung, Proliferation oder Differenzierung von Gewebe stimulieren könnte. Der Schaum würde in einer Zellkultur angeordnet werden und die Zellen auf oder in der Struktur ausgesäht werden. Der Schaum würde in einer sterilen Umgebung gehalten werden und dann in den Spenderpatienten implantiert werden, sobald die Zellen in die Mikrostruktur der Vorrichtung eingedrungen sind. Das in vitro-Sähen der Zellen könnte ein schnelleres Entwicklungs- und Differenzierungsverfahren für das Gewebe liefern. Es ist klar, daß die zelluläre Differenzierung und die Erzeugung von Gewebe spezifischer extrazellulärer Matrix entscheidend ist für das Tissue Engineering eines funktionellen Implantats.
Die Schaumgerüste mit Mikrostruktur der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung herkömmlicher Sterilisationsverfahren sterilisiert werden, wie eine Sterilisation auf Strahlungsbasis (d. h. Gamma-Strahlen), Sterilisation auf chemischer Basis (Ethylenoxid) oder anderer geeigneter Vorgehensweisen. Bevorzugt wird das Sterilisationsverfahren mit Ethylenoxid bei einer Temperatur zwischen 52–55°C für eine Zeit von 8 Stunden oder weniger durchgeführt. Nach der Sterilisation können die Schaumgerüste in einer geeigneten, sterilisierten, feuchtigkeitsresistenten Verpackung zum Transport und zur Verwendung in Krankenhäusern und anderen Gesundheitspflegeeinrichtungen verpackt werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Prinzipien und die Praxis dieser Erfindung, obwohl sie nicht hierauf begrenzt ist. Zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen innerhalb des Umfangs und Geists der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich werden.
In diesen Beispielen werden bestimmte Abkürzungen verwendet, wie PCL, um polymerisiertes ε-Caprolacton zu bezeichnen, PGA, um polymerisiertes Glykolid zu bezeichnen, PLA, um polymerisiertes (L)-Lactid zu bezeichnen. Zusätzlich geben die Prozentangaben vor dem Copolymer die entsprechenden Mol-% Anteile jedes Bestandteils an.
Die in den folgenden Beispielen verwendeten Polymere waren entweder ein 35/65 Copolymer aus PCL/PGA, ein 60/40-Copolymer aus PLA/PCL oder eine 1:1-Mischung der beiden.
Beispiel 1: Herstellung eines Schaums mit Mikrostruktur mit unregelmäßig beabstandeten säulenförmigen Poren.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Schaums mit senkrechten Kanälen, die Durchlässe für Nährstofftransport und geführte Geweberegeneration bereitstellen werden.
Schritt A. Herstellung einer 10 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 35/65 PCL/PGA in 1,4-Dioxan
Eine 10 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung wurde durch Auflösen von 1 Teil 35/65 PCL/PGA mit 9 Teilen Lösungsmittel 1,4-Dioxan (Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ) hergestellt. Die Lösung wurde in einem Kolben mit einem magnetischen Rührstäbchen hergestellt. Um das Copolymer vollständig aufzulösen, wurde die Mischung sanft auf 70°C erwärmt und kontinuierlich für 5 Stunden gerührt. Eine klare homogene Lösung wurde dann durch Filtern der Lösung durch einen extragroben Porositätsfilter (Pyrex brand Extractionszwinge mit Frittenscheibe) unter Verwendung von trockenem Stickstoff filtriert, um bei der Filtration dieser viskosen Lösung zu helfen.
Schritt B. Herstellen einer Silikonform mit Mikromuster bereitstellend unregelmäßig beabstandete säulenförmige Poren.
Ein Silikonbogen und drei Metallstifte mit unterschiedlichem Durchmesser von 130 μm, 200 μm und 250 μm wurden hergestellt. Jeder Stift wurde auf eine Länge von 1 Inch geschnitten. Die Stifte wurden in den Silikonbogen in einer unregelmäßigen Anordnung eingesetzt.
Schritt C. Lyophilisierung
Ein Lyophilisator mit Labormaßstab (Model Freezemobile 6 von VIRTIS) wurde in diesem Experiment verwendet. Der Gefriertrockner wurde angeschaltet und die Regalkammer bei 20°C bei Umgebung für etwa 30 Minuten gehalten. Thermoelemente, um die Regaltemperatur zu überwachen, wurden zur Überwachung angefügt. Die in Schritt A hergestellte homogene Polymerlösung wurde in die Aluminiumform unmittelbar vor dem tatsächlichen Start des Zyklus eingegossen. Die Aluminiumform war 5 inch mal 5 Inch und wies einen glatten Boden und glatte Wände auf. Die Randhöhe der Form war 2,5 cm. Der in Schritt B hergestellte Silikonbogen wurde auf den Formboden aufgelegt.
Die Aluminiumform mit der Lösung wurde auf dem Regal des Lyophilisators angeordnet, der bei 20°C gehalten wurde. Der Zyklus wurde gestartet und die Regaltemperatur bei 20°C für 30 Minuten für ein thermisches Konditionieren gehalten. Dann wurde die Lösung auf –5°C durch Kühlen des Regals auf –5°C gekühlt. Nach 60 Minuten Einfrieren bei –5°C wurde ein Vakuum beaufschlagt, um ein Primärtrocknen des Dioxans durch Sublimation zu initiieren. Ein Primärtrocknen unter Vakuum bei –5°C entfernte den größten Teil des Lösungsmittels. Am Ende dieses Trocknungsschritts war das erreichte Vakuumniveau etwa 100 mTorr. Eine zweite Trocknung unter einem Vakuum von 100 mTorr wurde in zwei Stufen durchgeführt, um das adsorbierte Dioxan zu entfernen. In der ersten Stufe wurde die Regaltemperatur auf 5°C angehoben und bei dieser Temperatur für 1,5 Stunden gehalten. Am Ende der ersten Stufe wurde die zweite Trocknungsstufe begonnen. In der zweiten Trocknungsstufe wurde die Regaltemperatur auf 20°C angehoben und bei dieser Temperatur für 1,5 Stunden gehalten. Am Ende der zweiten Stufe wurde der Lyophilisator auf Raumtemperatur gebracht und das Vakuum aufgehoben.
Der resultierende Schaum, der in 3 gezeigt ist, war etwa 2 mm dick. Die hierin beschriebenen Bedingungen sind typisch, und Betriebsbereiche hängen von Faktoren ab, wie Konzentration der Lösung, Polymermolekulargewichte und Zusammensetzungen, Volumen der Lösung, Formparameter, Maschinenvabrialen, wie Kühlgeschwindigkeit, und Erwärmungsgeschwindigkeiten.
Beispiel 2: Herstellung eines Schaums mit regelmäßig beabstandeten säulenartigen Poren.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines 40/60 PCL/PLA-Schaums mit senkrechten Kanälen, die Durchlässe für Nährstoffstransport und geführte Geweberegeneration bereitstellen würden.
Schritt A. Herstellung einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 40/60 PCL/PLA in 1,4-Dioxan
Eine 5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung wird durch Auflösen von 1 Teil Polymer aus 40/60 PCL/PLA mit 19 Teilen des Lösungsmittels – 1,4-Dioxan – hergestellt. Diese Lösung wird wie in Beispiel 1 beschrieben zubereitet.
Schritt B. Herstellen einer Metallform, Bereitstellen regelmäßig beabstandeter säulenartiger Poren
Eine Aluminiumform mit einer Anordnung von regelmäßig beabstandeten Stiften wurde ausgelegt und über Elektroentladungsbearbeitung erzeugt. Stifte waren 500 μm hoch und 100 μm im Durchmesser. Der Abstand zwischen Stiften war 400 μm.
Schritt C. Lyophilisierung
Dieser Schaum wurde wie in Beispiel 1, Schritt C, beschrieben bearbeitet, unter Verwendung der in obigen Schritt B hergestellten Form und Einsätze.
Der resultierende Schaum ist in 4 gezeigt. Diese säulenartigen Poren weisen optimalerweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm auf, mit einem optimalen Abstand von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, abhängig von der spezifischen Anwendung. Diese Poren können als Kanäle dienen, die nicht nur Gewebeeinwuchs und Vaskularisierung des Bereichs erlauben, sondern ebenfalls eine Diffusion von Nährstoffen und Abfallprodukten durch das neugeformte Gewebe ermöglichen.
Beispiel 3: Herstellung eines Schaums mit verschieden geformten, säulenartigen Poren.
Schritt A. Herstellen einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 50:50 (Gewicht) von (35/65 PCL/PGA):(40/60 PCL/PLA) in 1,4-Dioxan
Eine 5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung aus 50:50 (Gewicht) von (35/65 PCL/PGA):(40:60 PCL/PLA) wird hergestellt durch Auflösen von 1 Teil Polymer (0,5 Teile von 35/65 PCL/PGA und 0,5 Teile 40/60 PCL/PLA) mit 19 Teilen des Lösungsmittels 1,4-Dioxan. Die Lösung wurde wie in Beispiel 1, Schritt A, beschrieben zubereitet.
Schritt B. Herstellen einer Silikonform mit Stiften mit verschiedenen Querschnittsformen
Der Silikonbogen enthaltend Anordnungen von Stiften mit verschiedenen Querschnittsformen, wie Quadraten, Sechsecken, Rechtecken, Kreisen, Ovalen, etc., wurde wie in Beispiel 1, Schritt B, hergestellt. Diese unregelmäßig geformten, säulenartigen Poren weisen optimalerweise minimale Querschnittsabstände im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, bevorzugt etwa 20 bis etwa 200 μm, mit einem optimalen Abstand von etwa 10 μm bis etwa 1.000 μm, abhängig von der spezifischen Anwendung auf. Der Bogen wird auf dem Formboden angeordnet, bevor er in Kontakt mit der Polymerlösung angeordnet wird.
Schritt C. Lyophilisierung
Dieser Schaum wird wie in Beispiel 1, Schritt C, beschrieben hergestellt, unter Verwendung der in Schritt B, oben, hergestellten Form. 5 zeigt eine Oberfläche des hergestellten Schaums folgend dem in diesem Beispiel dargelegten Verfahren.
Beispiel 4: Herstellung eines Schaums mit Mikrostruktur mit pyramidalen, kegelstumpfförmigen Poren.
Schritt A. Herstellen einer 5 Gew.-%/Gew.-% homogenen Lösung aus 40/60 PCL/PGA in 1,4-Dioxan
Eine 5 Gew.-%/Gew.-% Polymerlösung wird durch Auflösen von 1 Teil Polymer von 40/60 PCL/PLA mit 19 Teilen des Lösungsmittels 1,4-Dioxan hergestellt. Diese Lösung wird wie in Beispiel 1, Schritt A, zubereitet.
Schritt B. Herstellen einer keramischen Form bereitstellend pyramidale, kegelstumpfförmige Poren.
Eine Aluminiumoxidform (Al2O3) mit pyramidalen, kegelstumpfförmigen Vorsprüngen mit regelmäßigem Abstand wurde spritzgußgeformt. Die Längen der unteren und oberen Basen sind 1.300 μm bzw. 400 μm. Die Höhe des Kegelstumpfs jeder Pyramide und Abstand zwischen zwei unteren Basen ist 1.000 μm bzw. 700 μm.
Schritt C. Lyophilisierung
Dieser Schaum wurde wie in Beispiel 1 unter Verwendung der in Schritt B oben hergestellten Form verarbeitet. 6 zeigt einen Schaum, der folgend dem in diesem Beispiel dargelegten Verfahren hergestellt wurde.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schaums, wobei das Verfahren umfaßt: Kontaktieren einer Polymerlösung mit einer Oberfläche einer Form, wobei die Lösung gelöst darin ein biokompatibles Polymer umfaßt, wobei die Form, angeordnet auf der Oberfläche, eine dreidimensionale negative Konfiguration eines vorgegebenen Mikromusters umfaßt, das auf wenigstens einer Oberfläche des Schaums angeordnet werden und integral mit diesem sein soll, welches Mikromuster unregelmäßig beabstandete oder regelmäßig beabstandete säulenförmige Poren mit Durchmessern oder minimalen Querschnittsabständen von 10 μm bis 1.000 μm umfaßt, und wobei der Abstand zwischen den Poren 10 μm bis 1.000 μm ist, Lyophilisieren der Lösung, während sie mit der Oberfläche der Form in Kontakt ist, wodurch ein lyophilisierter Schaum mit Mikrostruktur bereitgestellt wird; und Entfernen des lyophilisierten Schaums mit Mikrostruktur aus der Form.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mikromuster effektiv ist, um zu ermöglichen: Reparatur, Einwuchs oder Regeneration von Gewebe; Lieferung eines therapeutischen Agens; oder Lieferung eines Proteins.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Polymer bioabsorbierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das bioabsorbierbare Polymer ein aliphatischer Polyester, eine Poly(aminosäure), ein Copoly(etherester), ein Polyalkylenoxalat, ein Polyamid, ein Poly(iminocarbonat), ein Polyorthoester, ein Polyoxaester, ein Polyamidoester, ein Polyoxaester, ein Polyamidoester, ein Polyoxaester enthaltend eine Aminogruppe, ein Poly(anhydrid), ein Polyphosphazen, ein von Tyrosin abgeleitetes Polycarbonat oder ein Biopolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das bioabsorbierbare Polymer ein aliphatischer Polyester ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der aliphatische Polyester ein Homopolymer oder Copolymer von Lactid, Milchsäure, Glycolid, Glykolsäure, ε-Caprolacton, p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on), ein Alkylderivat von Trimethylencarbonat, δ-Valerolacton, β-Butyrolacton, γ-Butyrolacton, ε-Decalacton, Hydroxybutyrat, Hydroxyvalerat, 1,4-Dioxepan-2-on, 1,5,8,12-Tetraoxacyclotetradecan-7,14-dion, 1,5-Dioxepan-2-on oder 6,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2-on ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der aliphatische Polyester ein Elastomer ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Elastomer ist: ein Copolymer aus ε-Caprolacton und Glycolid; ein Copolymer aus ε-Caprolacton und (L)-Lactid; ein Copolymer aus p-Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on) und (L)-Lactid; ein Copolymer aus ε-Caprolacton und p-Dioxanon; ein Copolymer aus p-Dioxanon und Trimethylencarbonat; ein Copolymer aus Trimethylencarbonat und Glycolid; oder ein Copolymer aus Trimethylencarbonat und (L)-Lactid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der lyophilisierte Schaum mit Mikrostruktur ein therapeutisches Agens umfaßt, wie ein Antiinfektivum, ein Hormon, ein Analgetikum, ein entzündungshemmendes Mittel, einen Wachstumsfaktor, ein chemotherapeutisches Agens, ein Antiabstoßungsagens, ein Prostaglandin oder ein RDG-Peptid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der lyophilisierte Schaum mit Mikrostruktur ein Protein umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der lyophilisierte Schaum mit Mikrostruktur feste Teilchen umfaßt, um eine Oberfläche des Schaums zu modifizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Mikromuster unregelmäßig geformte, säulenförmige Poren umfaßt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der minimale Querschnittsabstand 20 μm bis 200 μm ist.